二级改进型Colpitts电路设计及应用研究

摘要

随着时代的发展，对于地下管线泄漏信号的探测越来越重要，使得对信号源的要求越来越多样化。由于混沌信号容易产生，控制起来相对简单，并且混沌信号的抗干扰性强，不易被截获，因而受到了研究者的广泛关注。由于Colpitts电路产生混沌信号是基于三极管本身的非线性效应，并且其能产生的混沌信号有着比较高的基频以及比较平坦的频谱图，且电路结构相比于其他形式简单易于实现，一直是研究的热点问题，本文的主要工作就是在Colpitts混沌电路的基础上设计探地雷达中的混沌信号源，并进行了如下的研究： (1)简单介绍了探地雷达的原理、各种型号、国内外的发展状况以及应用前景等。 (2)研究了混沌信号几种不同的产生方式及其原理，如利用电路产生混沌信号、利用非线性克尔效应使光纤激光器产生混沌信号以及利用映射产生混沌信号等。并重点对Colpitts电路产生混沌信号进行了研究。 (3)针对二级型Colpitts混沌电路在高频时易受寄生电容的影响，从而破坏电路振荡状态的现象，提出一种改进方法，得到二级改进型Colpitts混沌电路。通过数值仿真分析了该电路的分岔图、最大Lyapunov指数谱、相空间以及时域图等基本信息，表明该电路可以工作在单倍周期态、多倍周期态以及混沌态等多种形态。并利用驱动响应法设计出同步系统，仿真验证该系统的有效性。 (4)通过射频电路仿真，得到二级改进型Colpitts混沌电路信号的频谱图以及自相关谱等信息，并与二级型Colpitts混沌电路进行比较，发现通过改进电路结构，其产生的混沌信号的基频能达到5GHz，比改进前的混沌基频提高了约2GHz。并且在相同的基频下改进后的混沌信号具有更平坦的频谱，其自相关谱具有更窄的半高全宽。 (5)将产生的混沌信号用于地下管线泄漏的探测中，得到地下目标的探测二维图，通过均值处理去除背景杂波，得到初始的地下目标结果图，然后利用经验模态分解(EMD)方法分解得到简单处理后的图像的4个固有模态函数(IMF)，研究表明第二阶IMF分量去除了大量的边界噪声，更适合用于进一步更为精确的目标定位分析。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 探地雷达国内外研究现状

1.2.2 混沌系统国内外研究现状

1.3研究内容及章节安排

1.3.1主要研究内容

1.3.2章节安排

第二章 混沌产生方法

2.1 混沌概述

2.1.1 混沌定义

2.1.2 混沌主要性质

2.1.3 混沌判定方法

2.2 电路混沌产生方法

2.2.1 蔡氏电路

2.2.2 标准Colpitts电路

2.2.3 改进型Colpitts电路

2.2.4 两级型Colpitts电路

2.3 其他产生混沌方法

2.3.1 激光器产生混沌

2.3.2 映射产生混沌

2.4 本章小结

第三章 二级改进型Colpitts电路数值仿真研究

3.1 电路基本结构图

3.2 电路方程

3.3 电路数值仿真

3.4 系统关联维数

3.5 系统同步分析

3.6 本章小结

第四章 二级改进型Colpitts电路仿真及应用研究

4.1 电路仿真研究

4.2 电路应用研究

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的学术论文